认知无线网络基础理论与关键技术研究论文

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1、项目名称：认知无线网络基础理论与关键技术研究首席科学家：起止年限：依托部门：37一、研究内容2.1拟解决的关键科学问题高速增长的宽带无线业务需求对无线网络提出了更高的要求，无线网络演进正处于重大变革的契机点：环境变化、需求差异、技术进步、业务增长、投资保护等因素造就了众多异构的无线网络子系统并存的局面，给网络发展和建设带来极大困难，又无法满足用户日益增长的应用需求；同时无线网络中普遍存在资源静态管理，条块分割使用等问题，可用资源分布高度不均衡、资源短缺和浪费共存、使用方式不能根据需求和环境的变化动态调整等矛盾日益尖锐，造成了网络使用方式僵化、资源利用效率低下。

2、这些问题已成为制约无线网络发展的主要瓶颈，而且日趋严重。这些现象的产生源于原有无线网络的设计思想：封闭式的静态网络工作模式。这造成了网络融合需求与当前孤岛式的异构网络的矛盾，以及动态环境与静态网络工作模式间的矛盾。为了解决这些问题，使网络从静态工作模式发展到动态自适应工作模式，从单一封闭式网络发展到异构融合网络，必须具备对无线环境、网络环境、用户环境等的高度认知能力;在认知的基础上无线网络需以一定的衡量准则进行自主的决策控制，并借助重构的手段达到适变的目的。可以看出，这些问题的解决离不开认知、自主决策控制及重构这三个要素，而目前封闭静态的无线网络体系结构不具备

3、这些要素和适变性能力，因此认知无线网络所面临的核心问题是解决无线网络体系结构的适变性问题，在此基础上研究无线网络多域环境的认知性问题，和认知无线网络管理与控制的自主性问题，上述三个问题就是本项目所凝练出来的科学问题。科学问题一：认知无线网络体系结构的适变性问题以适变性为特征的体系结构是认知无线网络的核心问题。在研究传统无线网络体系结构理论的基础上，项目组围绕认知无线网络的适变性特征，通过对认知理论与方法深入剖析，提出了新型无线网络结构模型。其基本思想是将控制信息和认知信息分离，抽取出“认知平面”和“认知流”，增强了无线网络的伸缩性和可扩展性，体现了认知无线网络

4、的适变性特征。37传统静态封闭的网络结构严重制约了网络的发展，认知无线电的出现已使该问题得到初步缓解，然而，当前认知与控制信息混合承载的模式，制约了无线网络智能化水平的进一步提高。为了解决这些问题，本项目提出新型认知无线网络结构模型，将控制信息和认知信息分离，提出“认知平面”和“认知流”的全新概念，为建立灵活的网络框架、有效提高认知和决策效率奠定了良好的基础。其基本构建是其一将认知平面和业务平面、控制平面相分离，认知流独立于业务流和控制流；其二认知流存在于认知平面，承载认知信息、学习和推理信息、资源优化配置信息和智能决策信息，在认知网络各节点、实体中传递。我们

5、初步的研究表明认知平面和认知流的引入体现了认知网络的多平面和适变性的特征，增强了网络的灵活性和可扩展性，是一个意义重大的科学创新思想。本科学问题以此模型为基础，重点揭示体系结构内在要素对网络适变性的制约规律；研究网络性能局部与全局优化的关联关系；探索认知能力、自主能力与端到端重构能力的关系及其在网络中的分布规律。进而研究端到端可重构的理论、机理、模型，建立可预测、可评估、可调节的协同工作环境，解决现有静态无线网络与动态变化无线环境、多样性的业务间的矛盾问题；达到提升端到端效能和包容网络间的异构性的目标。科学问题二：无线网络多域环境的认知性问题无线网络多域环境的

6、认知性问题是认知无线网络的基础问题。基于多平面的网络体系结构，构建无线网络多域认知基础理论框架。该理论框架提炼出“多域认知”新概念；并提出一个三层理论体系结构框架。认知无线网络与认知无线电的明显区别之一是认知环境发生了变化，从无线环境拓展到网络环境与用户环境，形成多域认知环境。其每一域都包含种类繁多的认知信息，且域内域间的认知信息之间还存在错综复杂的关系，这样如何实现认知信息的海量摄入、认知信息的传递融合、认知信息的挖掘利用，是本项目必须解决的重要问题。本科学问题面向多域认知环境，提出三层理论体系框架。其中“多域本地认知层”完成认知信息的海量获取，为认知流提供

7、认知信息的海量摄入；“多域协同认知层”37从有效表达、高效传递与分布处理出发进行一体化考虑，实现认知信息的合理流动与融合；“多域主动认知层”从预测推理角度挖掘深层含义，实现认知信息的高效运用。这三层模型结合在一起，构成了无线网络的认知基础理论框架，解决多域认知信息的获取、表达、传递、共享、处理和预测的基础理论与科学方法，形成由单域认知向多域认知的飞跃。科学问题三：认知无线网络管理与控制的自主性问题认知无线网络管理与控制的自主性是认知无线网络的关键。认知无线网络的基本特征是能够根据认知结果，通过自主的决策来调整网络，以适应环境的变化，而端到端效能是认知无线网络调

8、整的依据，也是衡量网络性能的标准，因此